特許 7234639 フランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管及びフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-02-28

(45)【発行日】2023-03-08

(54)【発明の名称】フランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管及びフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法

(51)【国際特許分類】

   B21C 37/08 20060101AFI20230301BHJP

   B23K 26/262 20140101ALI20230301BHJP

【ＦＩ】

B21C37/08 A

B23K26/262

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019004689

(22)【出願日】2019-01-15

(65)【公開番号】P2020110831

(43)【公開日】2020-07-27

【審査請求日】2021-09-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100134359

【弁理士】

【氏名又は名称】勝俣 智夫

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(72)【発明者】

【氏名】小谷 浩生

(72)【発明者】

【氏名】今野 良佑

(72)【発明者】

【氏名】永田 幸伸

(72)【発明者】

【氏名】宮▲崎▼ 康信

【審査官】池田 安希子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０２５３３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１２３９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２３３５７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－３００６７２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２１Ｃ ３７／００－４３／０９；９９／００

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼板が管状に成形されてなり、かつ、管軸方向に沿って延在するレーザー溶接部を有する鋼管部と、
前記鋼管部の外周面から突出し、前記レーザー溶接部に沿って延在するフランジ部と、を備え、ハイドロフォーム法による部品製造に用いられる素管であるフランジ付き鋼管であって、
前記フランジ部は、前記鋼管部をなす前記鋼板の一端が前記管軸方向に沿って折り曲げられて形成された前記鋼板の一部であって、曲げ部を介して前記鋼管部と一体にされており、
前記レーザー溶接部は、前記鋼板の他端と前記曲げ部との間に形成された隅肉溶接部であり、前記隅肉溶接部の溶接金属は、前記鋼管部の肉厚方向の全部に渡って形成されていることを特徴とするフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。

【請求項2】

鋼板が管状に成形されてなり、かつ、管軸方向に沿って延在するレーザー溶接部を有する鋼管部と、
前記鋼管部の外周面から突出し、前記レーザー溶接部に沿って延在する２以上の相互に離間するフランジ部と、を備え、ハイドロフォーム法による部品製造に用いられる素管であるフランジ付き鋼管であって、
２以上の前記フランジ部はそれぞれ、前記鋼管部をなす前記鋼板の一端の一部が前記管軸方向に沿って折り曲げられて形成された前記鋼板の一部であって、曲げ部を介して前記鋼管部と一体にされており、
前記フランジ部が設けられた箇所における前記レーザー溶接部は、前記鋼板の他端と前記曲げ部との間に形成された隅肉溶接部であり、前記隅肉溶接部の溶接金属は、前記鋼管部の肉厚方向の全部に渡って形成されており、
前記フランジ部が設けられていない箇所における前記レーザー溶接部は、前記鋼板の他端と前記一端との間に形成された突き合わせ溶接部であり、前記突き合わせ溶接部の溶接金属は、前記鋼管部の肉厚方向の全部に渡って形成されていることを特徴とするフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。

【請求項3】

前記レーザー溶接部は溶接欠損がなく前記管軸方向に沿って延在していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。

【請求項4】

前記隅肉溶接部には、前記鋼板の他端側の第１溶接止端部と、前記曲げ部側の第２溶接止端部とがあり、
前記第１溶接止端部における角度が７０°以下であり、
前記第２溶接止端部における角度が７０°以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。

【請求項5】

前記隅肉溶接部の前記溶接金属のビッカース硬さが、前記鋼板のビッカース硬さより１．２倍以上高いことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。

【請求項6】

前記隅肉溶接部の前記溶接金属におけるＭｎ量が、前記鋼板におけるＭｎ量に対して９５%以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。

【請求項7】

ハイドロフォーム法による部品製造に用いられる素管であるフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法であって、
鋼板を管状に成形する際に、板長手方向に沿って一端が折り曲げられてフランジ部が形成された鋼板を、前記板長手方向を管軸方向とし、かつ、前記フランジ部が外周側に突出させるように管状に成形するか、または、前記鋼板を管状に成形しつつ、前記鋼板の一端を前記板長手方向に沿って外周側に折り曲げてフランジ部を形成する成形工程と、
前記フランジ部を形成させる際に前記鋼板に設けられた曲げ部と前記鋼板の他端とを突き合わせてレーザー溶接する溶接工程と、
を備え、
前記溶接工程は、前記鋼板の肉厚方向全部に渡って溶接金属を形成するように溶接することを特徴とするフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法。

【請求項8】

前記レーザー溶接において、溶接溶加材を供給しつつ溶接を行うことを特徴とする請求項７に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法。

【請求項9】

前記溶接溶加材は、直径が０．６～１．６ｍｍの溶接ワイヤであることを特徴とする請求項８に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法。

【請求項10】

前記レーザー溶接において、集光スポットにおけるビーム径が０．４～１ｍｍであり、レーザーの入射角が前記フランジ部に対して３０～６０°であり、管軸方向に対して７５～１０５°であることを特徴とする請求項７乃至請求項９の何れか一項に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管及びフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車の軽量化による燃費削減及びこれによるＣＯ_２排出削減、あるいは乗員保護のための衝突安全性向上を目的として、車体構造部材の薄肉化及び高強度化が望まれている。このニーズに対応するため、ハイドロフォーム法によって鋼管を所定の形状に成形してなる部品が採用され始めている。ハイドロフォーム法（液圧拡管成形法）は、内部形状が最終製品形状である割型の内部に素管を入れ、素管の端部から素管内に液を導入して内圧をかけ、両管端から押込み用シリンダーで管軸方向に圧縮荷重を付加して押込み、素管最終形状に成形する方法であり、バルジ加工法の一種とされる。

【0003】

金属管にハイドロフォーム法を適用して所定の部品とすることで、部品点数削減による部品軽量化、複雑形状部品の一体成形と高精度化が可能となり、その結果、自動車の軽量化及びコストダウンが可能となる。

【0004】

ところで、自動車部品は一般に、金属板をプレス成形し、プレス成形品同士をスポット溶接やマッシュシーム溶接で接合することによって製造している。プレス成形品には、プレス成形品同士を溶接するためのフランジ部が付与されている。このため、プレス成形品から製造された自動車部品は、重ね合わされたフランジ部を有している。このような自動車部品を他の自動車部品に接合する際には、このフランジ部を利用して部品同士を溶接したり、締結したりしていた。

【0005】

一方、ハイドロフォーム法によって製造された部品（以下、ハイドロフォーム部品という）は、金属管を素材とするものであるため、溶接のためのフランジ部が当初から有していない。そのため、従来のようなフランジ部を利用した部品間の溶接接合は、ハイドロフォーム部品には適用できない。したがって、ハイドロフォーム部品を自動車部品に適用するためには、ハイドロフォーム部品にフランジ部材を接合する必要があった、また、ハイドロフォーム部品とフランジ部材とを接合するための設備も新たに必要であった。

【0006】

このような問題を解決するため、特許文献１には、鋼板を管状に成形してから溶接することによって鋼管を成形する方法において、鋼管の端部同士を重ね合うように成形し、次いで、重ね合わせ部をレーザー溶接により接合して鋼管部を成形し、次いで、外周側に重ね合わせた鋼板の端部の未溶接部分を曲げ加工により立ち上げさせてフランジ部とする、フランジ付きの鋼管の製造方法が記載されている。

【0007】

しかし、特許文献１に記載のフランジ付き鋼管の製造方法では、鋼板が高強度化するにつれて、鋼管部の形状を維持したまま、フランジ部のみを曲げ加工で成形することが困難になりつつある。
また、特許文献１に記載の製法によって得られたフランジ付き鋼管は、鋼管部の成形後に曲げ加工によってフランジ部を成形させたものであるため、曲げ部において塑性ひずみが残留したままとなり、その後のハイドロフォーム加工に支障をきたすおそれがある。

【0008】

また、フランジ付き鋼管の製造方法の別の例として、鋼管を上下の金型の間にセットして通電加熱し、次いで、上下の金型の間隔を狭めた状態で鋼管内に高圧空気を供給することで上下の金型間の隙間に鋼管の一部を膨出させ、次いで、更に上下の金型を下死点に至らしめることで、膨出した部分を上下の金型で潰してフランジ状に形成し、更に、金型を水冷して素材を焼き入れすることで素材を高強度化させるフランジ付き鋼管の製造方法が知られている。しかし、この方法で形成されたフランジ部は、鋼管の一部を膨出させてから上下の金型で潰すことにより形成されるため、フランジ部は鋼管の一部が重ね合わされたものとなる。そのため、フランジ部の厚みは鋼管の肉厚の約２倍となる。これは、軽量化の目的に反する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特開２００５－２７９６８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、フランジ部近傍の塑性ひずみが低減され、軽量化が達成され、かつ、フランジ部の接合強度に優れたフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管及びその製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記課題を解決するため、本発明は以下の構成を採用する。
［１］ 鋼板が管状に成形されてなり、かつ、管軸方向に沿って延在するレーザー溶接部を有する鋼管部と、
前記鋼管部の外周面から突出し、前記レーザー溶接部に沿って延在するフランジ部と、を備え、ハイドロフォーム法による部品製造に用いられる素管であるフランジ付き鋼管であって、
前記フランジ部は、前記鋼管部をなす前記鋼板の一端が前記管軸方向に沿って折り曲げられて形成された前記鋼板の一部であって、曲げ部を介して前記鋼管部と一体にされており、
前記レーザー溶接部は、前記鋼板の他端と前記曲げ部との間に形成された隅肉溶接部であり、前記隅肉溶接部の溶接金属は、前記鋼管部の肉厚方向の全部に渡って形成されていることを特徴とするフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。
［２］ 鋼板が管状に成形されてなり、かつ、管軸方向に沿って延在するレーザー溶接部を有する鋼管部と、
前記鋼管部の外周面から突出し、前記レーザー溶接部に沿って延在する２以上の相互に離間するフランジ部と、を備え、ハイドロフォーム法による部品製造に用いられる素管であるフランジ付き鋼管であって、
２以上の前記フランジ部はそれぞれ、前記鋼管部をなす前記鋼板の一端の一部が前記管軸方向に沿って折り曲げられて形成された前記鋼板の一部であって、曲げ部を介して前記鋼管部と一体にされており、
前記フランジ部が設けられた箇所における前記レーザー溶接部は、前記鋼板の他端と前記曲げ部との間に形成された隅肉溶接部であり、前記隅肉溶接部の溶接金属は、前記鋼管部の肉厚方向の全部に渡って形成されており、
前記フランジ部が設けられていない箇所における前記レーザー溶接部は、前記鋼板の他端と前記一端との間に形成された突き合わせ溶接部であり、前記突き合わせ溶接部の溶接金属は、前記鋼管部の肉厚方向の全部に渡って形成されていることを特徴とするフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。
［３］ 前記レーザー溶接部は溶接欠損がなく前記管軸方向に沿って延在していることを特徴とする［１］または［２］に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。
［４］ 前記隅肉溶接部には、前記鋼板の他端側の第１溶接止端部と、前記曲げ部側の第２溶接止端部とがあり、
前記第１溶接止端部における角度が７０°以下であり、
前記第２溶接止端部における角度が７０°以下であることを特徴とする［１］乃至［３］の何れか一項に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。
［５］ 前記隅肉溶接部の前記溶接金属のビッカース硬さが、前記鋼板のビッカース硬さより１．２倍以上高いことを特徴とする［１］乃至［４］の何れか一項に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。
［６］ 前記隅肉溶接部の前記溶接金属におけるＭｎ量が、前記鋼板におけるＭｎ量に対して９５%以上であることを特徴とする［１］乃至［５］の何れか一項に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管。
［７］ ハイドロフォーム法による部品製造に用いられる素管であるフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法であって、
鋼板を管状に成形する際に、板長手方向に沿って一端が折り曲げられてフランジ部が形成された鋼板を、前記板長手方向を管軸方向とし、かつ、前記フランジ部が外周側に突出させるように管状に成形するか、または、前記鋼板を管状に成形しつつ、前記鋼板の一端を前記板長手方向に沿って外周側に折り曲げてフランジ部を形成する成形工程と、
前記フランジ部を形成させる際に前記鋼板に設けられた曲げ部と前記鋼板の他端とを突き合わせてレーザー溶接する溶接工程と、
を備え、
前記溶接工程は、前記鋼板の肉厚方向全部に渡って溶接金属を形成するように溶接することを特徴とするフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法。
［８］ 前記レーザー溶接において、溶接溶加材を供給しつつ溶接を行うことを特徴とする［７］に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法。
［９］ 前記溶接溶加材は、直径が０．６～１．６ｍｍの溶接ワイヤであることを特徴とする［８］に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法。
［１０］ 前記レーザー溶接において、集光スポットにおけるビーム径が０．４～１ｍｍであり、レーザーの入射角が前記フランジ部に対して３０～６０°であり、管軸方向に対して７５～１０５°であることを特徴とする請求項［７］乃至［９］の何れか一項に記載のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法。

【発明の効果】

【0012】

本発明のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管のフランジ部は、鋼管部をなす鋼板の一端が折り曲げられて形成された鋼板の一部であって、曲げ部を介して鋼管部と一体にされたものであるから、フランジ部の肉厚は鋼管部の肉厚と同じ厚みになる。これにより、フランジ部の肉厚が鋼管の肉厚の２倍になる従来品に比べて、本発明のフランジ付き鋼管は軽量化が可能になる。
また、フランジ部は、曲げ部を介して鋼管部と一体になっているものであるから、溶接によって鋼管部にフランジ部を取り付けた従来品に比べて、鋼管部に対するフランジ部の接合強度を高くすることができる。
更に、本発明のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管のレーザー溶接部は、鋼板の他端が曲げ部に突き合わされて溶接された隅肉溶接部であるので、溶接時の入熱によって転位密度が低減され、曲げ部の塑性ひずみが低減されたものになる。この曲げ部の塑性ひずみは、成形後の鋼管部に対し曲げ加工を施すことでフランジ部を形成させた従来品の塑性ひずみよりも小さくすることができる。
以上のように、本発明のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管は、従来品に比べて、塑性ひずみが低減され、軽量化が達成され、フランジ部の接合強度にも優れたものとなる。

【0013】

更に、本発明のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管によれば、鋼管部を構成する鋼板とフランジ部とが一体にされ、かつ、フランジ部の基端となる曲げ部に鋼板の他端が突き合わされた構造を有するため、フランジ部に対してその突出方向に向けて応力を印加させた際に溶接部付近に生じる相当塑性ひずみが、重ね溶接により鋼管部を形成後に曲げ加工によりフランジ部を形成した従来品の相当塑性ひずみに比べて、大幅に低減されたものとなる。

【0014】

また、本発明のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管は、溶接部がレーザー溶接部であるので、鋼管部の肉厚方向全部に溶接金属を形成させることができ、溶接部の接合強度を高めることができる。これにより、本発明のフランジ付き鋼管を素材とするハイドロフォーム加工において高圧の流体を導入でき、ハイドロフォーム加工の加工性をより高めることができる。

【0015】

また、本発明のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管は、隅肉溶接部の第１溶接止端部及び第２溶接止端部の角度がそれぞれ７０°以下であるので、フランジ部及び鋼管部の間での引張応力や、鋼管部の周方向への引張応力が印加された場合であっても、応力の集中を低減することができる。

【0016】

また、本発明のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管のレーザー溶接部は、ビッカース硬さが、鋼板のビッカース硬さより１．２倍以上高い溶接金属を有するので、レーザー溶接部の接合強度をより一層高めることができ、更には、ハイドロフォーム加工の加工性をより高めることができる。

【0017】

また、本発明のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管のレーザー溶接部は、前記鋼板におけるＭｎ量に対して９５%以上のＭｎを含有する溶接金属を有するので、溶接金属の強度の低下を抑制できる。

【0018】

次に、本発明のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法は、フランジ部を有するフランジ付き鋼板を管状に成形する成形工程と、フランジ部の形成に伴って設けられた曲げ部にフランジ付き鋼板の他端を突き合わせて溶接する溶接工程を備えるので、従来方法のように溶接工程後にフランジ部を取り付ける必要がなく工程の簡素化が図られる。また、曲げ部に隅肉溶接部を形成するので、曲げ部に残存していたフランジ部形成時の塑性ひずみを低減させることができる。

【0019】

また、本発明のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管の製造方法によれば、溶接がレーザー溶接方法であるので、鋼管部の肉厚方向全部に溶接金属を形成させることができ、レーザー溶接部の接合強度を高めることができる。これにより、本発明のフランジ付き鋼管を素材とするハイドロフォーム加工において高圧の流体を導入でき、ハイドロフォーム加工の加工性をより高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1A】図１Ａは、本発明の実施形態であるフランジ付き鋼管の一例を示す側面模式図。

【図1B】図１Ｂは、図１Ａに示すフランジ付き鋼管の平面模式図。

【図1C】図１Ｃは、図１Ａに示すフランジ付き鋼管を示す図であって、図１Ａのａ－ａ’線における断面模式図。

【図2A】図２Ａは、本発明の実施形態であるフランジ付き鋼管の他の例を示す側面模式図。

【図2B】図２Ｂは、図２Ａに示すフランジ付き鋼管の平面模式図。

【図2C】図２Ｃは、図２Ａに示すフランジ付き鋼管を示す図であって、図２Ａのｂ－ｂ’線における断面模式図。

【図2D】図２Ｄは、図２Ａに示すフランジ付き鋼管を示す図であって、図２Ａのｃ－ｃ’線における断面模式図。

【図3】図３は、本発明の実施形態であるフランジ付き鋼管の要部の断面模式図。

【図4】図４は、本発明の実施形態であるフランジ付き鋼管の製造方法を説明する工程模式図。

【図5】図５は、本発明の実施形態であるフランジ付き鋼管の製造方法における溶接工程を説明する斜視模式図。

【図6】図６は、比較例のフランジ付き鋼管の製造方法を説明する工程模式図。

【図7】図７は、比較例のフランジ付き鋼管の要部の断面模式図。

【図8】図８は、実施例のフランジ付き鋼管のフランジ部に応力を印加した場合の相当応力及び相当塑性歪みを示すコンター図。

【図9】図９は、比較例のフランジ付き鋼管のフランジ部に応力を印加した場合の相当応力及び相当塑性歪みを示すコンター図。

【図10】図１０は、第１溶接止端部における角度と相当応力との関係を示すグラフ。

【図11】図１１は、本発明の実施形態であるフランジ付き鋼管の製造方法の別の例を説明する工程模式図。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本実施形態のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管及びその製造方法について説明する。
本実施形態のフランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管（以下、フランジ付き鋼管という）は、鋼板が管状に成形されてなり、かつ、管軸方向に沿って延在するレーザー溶接部を有する鋼管部と、鋼管部の外周面から突出し、レーザー溶接部に沿って延在する１または２以上のフランジ部と、を備え、フランジ部は、鋼管部をなす鋼板の一端が管軸方向に沿って折り曲げられて形成された鋼板の一部であって、曲げ部を介して鋼管部と一体にされており、レーザー溶接部は、鋼板の他端と曲げ部との間に形成された隅肉溶接部である。また、曲げ部は、鋼板の一部が溶接前に塑性加工を受けることよって形成されたフランジ付き鋼管である。

【0022】

本発明に関して発明者が鋭意調査した結果、以下のような知見を得た。
（１）鋼管にフランジ部を取り付ける場合、その後のハイドロフォームによる加工やフランジ部と他の部材を接合することを考慮すると、隅肉溶接が優れている。
（２）隅肉溶接にはフランジ部と溶接金属、鋼管部と溶接金属との間に角度や溶着金属量などの適切な条件が必要である。
（３）また、鋼管部材をそのまま一体でフランジ部を成形する場合、成型後に塑性加工による歪を除去する必要がある。望ましくは所定の温度で熱処理する必要がある。
本発明のフランジ付き鋼管では、フランジ部と鋼管部との間に隅肉溶接部が形成される。また、フランジ部は、鋼管部をなす鋼板の一端が管軸方向に沿って折り曲げられて形成された鋼板の一部であるところ、レーザー溶接時の溶接入熱によって折り曲げられた曲げ部付近の転位密度が軽減されるとともに、塑性ひずみも軽減される。これにより、ハイドロフォームによる加工を受けた場合であってもレーザー溶接部が破損するおそれがなく、また、フランジ部に他の部材を接合した場合であっても、疲労特性などの特性に優れたものとなる。

【0023】

また、溶接属に欠損（いわゆる溶接欠損）があると、たとえばアンダーカットなどが発生して所定の強度が得られず、溶接金属近傍で破壊するため、溶接欠損はなくす必要がある。
また、隅肉溶接部の溶接止端部の角度が７０°以下にすることで、止端部に集中する相当ひずみを低減できる。望ましくは６０°以下がよい。
更に、レーザー溶接部からの破壊を抑制するために、一般に溶接では母材強度よりも溶接金属の硬度を高くする。本発明においては、レーザー溶接によって溶接金属のビッカース硬さを鋼板（鋼管部）１．２倍程度の硬さとするので、溶接金属からの破壊を抑制できる。
また、レーザー溶接によって形成された溶接金属では、酸素との親和力の高いＭｎの含有量が低下する傾向がある。Ｍｎ含有量が低くなると溶接金属の強度低下を招くので、鋼板のＭｎ含有量の９５％以上にする必要がある。溶接欠損の低減やＭｎの歩留まり低減を抑制するために、レーザー溶接時に溶接溶加材を添加しつつ溶接を行うことが好ましい。

【0024】

鋼管部をなす鋼板は、例えば、引張強度が９８０ＭＰａ以上、１１８０ＭＰａ以上または１４７０ＭＰａ以上の高強度鋼板を素材とすることが好ましい。また、鋼板は、所謂ＤＰ鋼（ＤＰ：Dual Phase）またはＴＲＩＰ鋼（ＴＲＩＰ：Transformation Induced Plasticity）であることが好ましい。ただし、ＴＲＩＰ鋼はＳｉ含有量が高いため、抵抗溶接による接合は困難であり、レーザー溶接による接合が好ましい。

【0025】

また、鋼板の厚みｔ（鋼管部の肉厚及びフランジ部の肉厚）は、例えば、１．４ｍｍ以下であることが好ましい。また、鋼板の厚みすなわち鋼管部の肉厚ｔ（ｍｍ）と鋼管部の外径Ｄ（ｍｍ）との比率ｔ／Ｄは、１．８％以下であってもよい。以上説明した鋼板の例は一例であり、これ以外の他の鋼板を用いてもよい。

【0026】

また、レーザー溶接部は、鋼板の他端と曲げ部との間に形成された溶接金属を有しており、溶接金属のビッカース硬さが、鋼板のビッカース硬さより１．２倍以上高いことが好ましい。なお、ビッカース硬さの測定荷重は１０ｇとし、ビッカース硬さの測定箇所は、鋼管部及び溶接金属の管軸方向に垂直な横断面とする。

【0027】

曲げ部は、レーザー溶接部の熱影響部に含まれることが好ましい。すなわち、曲げ部には溶接時の入熱が加えられていることが好ましい。

【0028】

本実施形態のフランジ付き鋼管は、そのまま自動車部品として用いられてもよいし、ハイドロフォーム法の素管として用いられてもよい。ハイドロフォーム法によって所定の形状に加工されたフランジ付き鋼管は、自動車部品として用いられる。

【0029】

次に、本実施形態のフランジ付き鋼管の製造方法は、鋼板を管状に成形する際に、板長手方向に沿って一端が折り曲げられてフランジ部が形成された鋼板を、板長手方向を管軸方向とし、かつ、フランジ部が外周側に突出させるように管状に成形するか、または、鋼板を管状に成形しつつ、鋼板の一端を板長手方向に沿って外周側に折り曲げてフランジ部を形成する成形工程と、フランジ部を形成させる際に鋼板に設けられた曲げ部と鋼板の他端とを突き合わせてレーザー溶接する溶接工程と、を備える。

【0030】

フランジ付き鋼板は、予め、鋼板の一端を板長手方向に沿って折り曲げてフランジ部を形成したものを用いることが好ましい。または、鋼管成型時に鋼板の一端を板長手方向に沿って外周側に折り曲げてフランジ部を形成することが好ましい。

【0031】

成形工程は、プレス成形法により鋼板を管状に成形することが好ましいが、成形工程はプレス成形法以外の他の成形方法を用いてもよい。

【0032】

前述のように、溶接欠損や溶接金属のＭｎ含有量の低下を抑制するためには、母材以外の溶接溶加材を供給することが有効である。
溶接溶加材は溶接ワイヤが一般的であるが、板やパウダーでも問題ない。溶接ワイヤを用いる場合、ワイヤの直径は０．６～１．６ｍｍが好ましい。０．６ｍｍ以下では溶着金属量が少なく、また、１．６ｍｍを超えるとレーザーの母材への照射を著しく妨げる。望ましくはワイヤの直径は０．９～１．２ｍｍがよい。

【0033】

レーザー溶接方法は、集光スポットにおけるビーム径を０．４～１ｍｍとするとよい。０．４ｍｍ未満では溶接部全体を溶融できない。また、ビーム径が１ｍｍを超えると、十分なパワー密度が得られない。

【0034】

また、レーザーの入射角を、フランジ部に対して３０～６０°としたのは、溶接予定の突合せ箇所に安定してレーザービームを集光するためである。また、管軸に対しては７５～１０５°の範囲の方向から照射するのが好ましく、９０°の方向から照射するのが最適である。７５～１０５°の範囲外での照射はビームホール形成に大きなエネルギーを必要とすることになる。

【0035】

溶接工程においては、少なくともレーザーの照射箇所に不活性ガスをパージさせながらレーザー溶接してもよい。

【0036】

以下、図面を参照しつつ、フランジ付き鋼管及びその製造方法を説明する。
図１Ａに、本実施形態のフランジ付き鋼管の一例を側面模式図によって示す。図１Ｂには、フランジ付き鋼管の平面模式図を示す。また、図１Ｃには、図１Ａのａ－ａ’線における断面模式図を示す。

【0037】

図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すフランジ付き鋼管１は、鋼管部２と、１つのフランジ部３とを備えている。鋼管部２は、鋼板が管状に成形されて構成されている。鋼管部２にはレーザー溶接部４が形成されている。レーザー溶接部４は、鋼管部２の管軸方向に沿って延在している。また、フランジ部３は、鋼管部２の外周面２Ａから突出し、レーザー溶接部４に沿って延在している。図１Ａ及び図１Ｂに示すフランジ付き鋼管１のフランジ部３は、鋼管部２の管軸方向に沿って延在する、連続した１つのフランジ部である。

【0038】

鋼管部２は、平面視矩形の鋼板を切り出し、鋼板の幅方向のいずれか一方の端部を折り曲げてフランジ部を形成し、このフランジ付きの鋼板を、板長手方向が管軸方向となるように、かつ、フランジ部の突出方向が鋼管の外周側に向くように管状に成形し、溶接することで形成される。

【0039】

フランジ部３は、鋼管部２をなす鋼板の一端２ａが管軸方向に沿って折り曲げられて形成された鋼板の一部である。フランジ部３は、曲げ部２ｂを介して鋼管部２と一体にされている。言い換えると、フランジ部３は、鋼管部２の一部が鋼管部２の外周面から突出されたものである。なお、「一体にされている」とは、鋼管部２とフランジ部３とが溶接等の手段によって接合されたものではないことを意味する。

【0040】

鋼管部２及びフランジ部３は、元は同じ鋼板から構成されている。鋼管部２及びフランジ部３の素材である鋼板は、引張強度が９８０ＭＰａ以上、１１８０ＭＰａ以上または１４７０ＭＰａ以上の高強度鋼板であることが好ましい。また、鋼板は、所謂ＤＰ鋼またはＴＲＩＰ鋼であることが好ましい。また、鋼板の厚みｔ（鋼管部の肉厚及びフランジ部の肉厚）は、例えば、１．４ｍｍ以下であることが好ましい。また、鋼板の厚みすなわち鋼管部２の肉厚ｔ（ｍｍ）と鋼管部２の外径Ｄ（ｍｍ）との比率ｔ／Ｄは、１．８％以下であってもよい。

【0041】

次にレーザー溶接部４について図１Ａ～図１Ｃ及び図３を参照しつつ説明する。図３はレーザー溶接部４の拡大断面模式図である。これらの図に示すように、レーザー溶接部４は、鋼管部２をなす鋼板の他端２ｃが、曲げ部２ｂに突き合わされて溶接された隅肉溶接部である。レーザー溶接部４は、レーザー溶接法によって形成された溶接部である。レーザー溶接部４には、溶接金属４ａが形成されている。溶接金属４ａは、鋼管部２をなす鋼板の他端２ｃと、曲げ部２ｂとの間に形成されている。溶接金属４ａは、鋼管部２の外周面２Ａ及び内周面２Ｂからそれぞれ露出している。すなわち、溶接金属４ａは、鋼管部２の肉厚方向全部に渡って形成されている。また、溶接金属４ａの周囲には熱影響部４ｂが存在する。特に、曲げ部２ｂ側の熱影響部４ｂは、鋼管部２の外周面２Ａに近い範囲まで広がっている。

【0042】

レーザー溶接部４には、鋼板の他端部２ｃ側の第１溶接止端部Ａと、曲げ部２ｂ側の第２溶接止端部Ｂとがある。第１溶接止端部Ａにおける角度θは、７０°以下とされている。また、第２溶接止端部Ｂにおける角度ψも７０°以下とされている。角度θ、ψはより好ましくは６０°以下がよい。角度θ、ψがそれぞれ７０°以下とすることで、フランジ部３及び鋼管部２の間での引張応力や、鋼管部２の周方向への引張応力が印加された場合であっても、各溶接止端部Ａ、Ｂにおける応力の集中を低減することができる。第１溶接止端部Ａにおける角度θは、図３に示すように、鋼管部２の表面とレーザー溶接部４とのなす角度であり、第２溶接止端部Ｂにおける角度ψは、フランジ部３の表面とレーザー溶接部４とのなす角度である。なお、フランジ部３の突出方向は鋼管部２の径方向にほぼ一致する。言い換えると、フランジ部３の突出方向は、鋼管部２の表面に仮想的に設けた接線に対して、ほぼ９０°の方向に突出する。従って、第１溶接止端部Ａにおける角度θと第２溶接止端部Ｂにおける角度ψの合計は、理想的にはほぼ９０°となる関係にある。

【0043】

溶接金属４ａのビッカース硬さは、鋼管部２をなす鋼板のビッカース硬さより１．２倍以上高いことが好ましい。これにより、レーザー溶接部４の接合強度が向上する。好ましくは１．４倍以上がよい。

【0044】

なお、鋼管部４の内径は、鋼管部４の全周に渡ってほぼ均一になっている。これは、本実施形態のレーザー溶接部４が隅肉溶接部であって、従来品のように重ね溶接ではなく、鋼板同士の重なり部分がないためである。このため、本実施形態のフランジ付き鋼管は、重ね溶接によって管状に成形された従来品に比べて、ハイドロフォーム法における加工性が良好になる。

【0045】

次に、本実施形態のフランジ付き鋼管の別の例を図２Ａ～図２Ｄを参照しつつ説明する。図２Ａには、本実施形態のフランジ付き鋼管の別の例を側面模式図によって示す。図２Ｂには、フランジ付き鋼管の平面模式図を示す。また、図２Ｃには図２Ａのｂ－ｂ’線における断面模式図を、図２Ｄには図２Ａのｃ－ｃ’線における断面模式図を、それぞれ示す。

【0046】

図２Ａ～図２Ｄに示すフランジ付き鋼管１１と図１Ａ～図１Ｃに示すフランジ付き鋼管１との違いはフランジ部の数であり、図２Ａ～図２Ｄに示すフランジ付き鋼管１１は複数のフランジ部１３を備えている。具体的には、４つのフランジ部１３Ａ～１３Ｄを備えている。以下、フランジ部の違いを中心に説明する。

【0047】

図２Ａ～図２Ｄに示すフランジ付き鋼管１１は、鋼管部１２と、４つのフランジ部１３Ａ～１３Ｄを備えている。鋼管部１２は、鋼板が管状に成形されて構成されている。鋼管部１２にはレーザー溶接部１４が形成されている。レーザー溶接部１４は、鋼管部２の管軸方向に沿って延在している。また、フランジ部１３Ａ～１３Ｄは、鋼管部１２の外周面１２Ａから突出し、レーザー溶接部１４に沿って延在している。フランジ付き鋼管１１のフランジ部１３Ａ～１３Ｄはそれぞれ、鋼管部２の管軸方向に沿って延在している。また、各フランジ部１３Ａ～１３Ｄは連続せず、独立した別々のフランジ部となっている。

【0048】

鋼管部１２は、平面視矩形の鋼板を切り出し、鋼板の幅方向のいずれか一方の端部に複数の切り欠け部を設けるとともに、切り欠け部が設けられなかった箇所を折り曲げて複数のフランジ部とし、このフランジ付きの鋼板を、板長手方向が管軸方向となるように、かつ、フランジ部の突出方向が鋼管の外周側に向くように管状に成形し、レーザー溶接することで形成される。

【0049】

各フランジ部１３Ａ～１３Ｄは、鋼管部１２をなす鋼板の一端１２ａが管軸方向に沿って折り曲げられて形成された鋼板の一部である。フランジ部１３Ａ～１３Ｄは、曲げ部１２ｂを介して鋼管部１２と一体にされている。

【0050】

図２Ｃには、フランジ部１３Ｂが設けられた箇所における鋼管部１２の断面図を示す。この断面形状は、図１Ｃに示した断面形状と同一である。すなわち、フランジ部１３Ａ～１３Ｄの構成は、図１Ａ～図１Ｃに示すフランジ付き鋼管１のフランジ部３の構成とほぼ同じである。

【0051】

次に、レーザー溶接部１４について図２Ａ～図２Ｄを参照しつつ説明する。図２Ｃに示すように、フランジ部が設けられている箇所におけるレーザー溶接部１４は、鋼管部１２をなす鋼板の他端１２ｃが、曲げ部１２ｂに突き合わされて溶接された隅肉溶接部である。フランジ部が設けられている箇所におけるレーザー溶接部１４の断面形状は、図１Ｃまたは図３に示した断面形状と同一である。

【0052】

また、図２Ｄに示すように、フランジ部が設けられていない箇所におけるレーザー溶接部１４は、鋼管部１２をなす鋼板の他端１２ｃが、鋼板の端部１２ｄに突き合わされて溶接された溶接部である。鋼板の端部１２ｄは、鋼管部に成形前に切り欠け部が設けられた箇所における鋼板の端部である。

【0053】

レーザー溶接部１４は、レーザー溶接法によって形成された溶接部である。レーザー溶接部１４には、図３に示したレーザー溶接部４と同様に溶接金属が形成されている。溶接金属は、鋼管部１２の外周面１２Ａ及び内周面１２Ｂからそれぞれ露出しており、鋼管部１２の肉厚方向全部に渡って形成されている。溶接金属のビッカース硬さは、鋼管部１２をなす鋼板のビッカース硬さより１．２倍以上高いことが好ましい。

【0054】

次に、図４を参照しつつ、本実施形態のフランジ付き鋼管の製造方法を説明する。図４は、フランジ付き鋼管の製造方法を説明するための断面模式図である。なお、以下に説明する製造方法は、図１Ａ～図１Ｃに示したフランジ付き鋼管１の製造方法であるが、図２Ａ～図２Ｄに示したフランジ付き鋼管１１であっても、以下に説明する方法によって製造可能である。

【0055】

本実施形態のフランジ付き鋼管の製造方法は、フランジ部が形成された鋼板を管状に成形する成形工程と、レーザー溶接を行う溶接工程とを備える。なお、成形工程の前に、鋼板に曲げ加工を施してフランジ部を設ける前処理工程を行ってもよい。

【0056】

前処理工程では、図４に示すように、平面視矩形に成形された鋼板２２を用意する。次に、鋼板の幅方向の一端２ａを板長手方向に沿って折り曲げてフランジ部３を形成する。このようにして、フランジ付き鋼板３２を製造する。

【0057】

次に、成形工程では、図４に示すように、フランジ付き鋼板３２の板長手方向が管軸方向となるように、かつ、フランジ部３の突出方向が鋼管の外周側に向くように管状に成形する。フランジ付き鋼板３２を管状に成形する方法について特に制限はないが、プレス成形方法を用いることが好ましい。すなわち、フランジ付き鋼板３２の板幅方向に沿って徐々に曲げ加工を行うことで、管状に成形すればよい。

【0058】

次に、溶接工程では、図４に示すように、管状に成形したフランジ付き鋼板３２の他端２ｃを、フランジ部３の形成に伴って設けられた曲げ部２ｂに突き合わせ、突き合わせ箇所にレーザービームＬを照射することにより、他端２ｃと曲げ部２ｂとを間にレーザー溶接部４を形成する。このようにして鋼管部２を形成する。レーザービームＬは、図５に示すように管状に成形したフランジ付き鋼板３２の管軸方向（板長手方向）に沿って相対移動させながら照射する。これにより、管軸方向に沿ってレーザー溶接部４が形成される。

【0059】

レーザービームＬの照射箇所には、不活性ガスを吹き付けることが好ましい。不活性ガスとしては、例えば、Ａｒ（アルゴン）とＣＯ_２の混合ガスでもよく、窒素ガスでもよい。レーザービームＬの照射箇所では鋼が部分的に加熱されて酸化されやすい状態になるが、不活性ガスを吹き付けることで鋼の酸化が防止される。レーザー溶接方法では鋼の加熱領域が比較的狭いため、不活性ガスを吹き付けることで溶接箇所の酸化を十分に抑制できる。

【0060】

また、溶接欠損や溶接金属のＭｎ含有量の低下を抑制するために、溶接溶加材を供給しつつ溶接を行ってもよい。溶接溶加材として溶接ワイヤを用いる場合、ワイヤの直径を０．６～１．６ｍｍとすることが好ましい。また、レーザー溶接方法は、集光スポットにおけるビーム径を０．４～１ｍｍとするとよい。更に、レーザービームの入射角を、フランジ部３に対して３０～６０°とすればよい。管軸に対するレーザービームの入射角は、７５～１０５°の範囲の方向から照射するのが好ましい。

【0061】

また、曲げ部２ｂは成形加工を受けることによって塑性ひずみが導入された状態にあるが、レーザー溶接の際の入熱によって曲げ部２ｂがレーザー溶接部４の熱影響部に含まれることとなり、塑性ひずみが緩和されるようになる。

【0062】

また、図１１には、本実施形態のフランジ付き鋼管の製造方法の別の例を示す。図１１（ａ）に示すように鋼板２０を用意し、次に、図１１（ｂ）に示すように鋼板２０の一部２０ａに曲げ加工を施し、次に、図１１（ｃ）に示すように鋼板２０の幅方向の一方の端部に対して折り曲げ加工を行ってフランジ部２３を形成する。

【0063】

次に、図１１（ｄ）に示すように、」鋼板２０の幅方向の他方の端部２０ｂを、曲げ加工を施した曲げ部２０ｃに突き合わせ、最後に、図１１（ｅ）に示すように、突き合わせ箇所にレーザー溶接部２４を形成する。このように、本実施形態では、鋼板を管状に成形しつつ、鋼板の一端をいた長手方向に沿って外周側に折り曲げてフランジ部を形成し、更に、フランジ部を形成させる際に鋼板に設けられた曲げ部と鋼板の他端とを突き合わせてレーザー溶接することによって、フランジ付き鋼管を製造してもよい。

【0064】

以上説明したように、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１は、フランジ部３が、鋼管部２、１２をなす鋼板の一端が折り曲げられて形成された鋼板の一部であって、曲げ部２ｂを介して鋼管部２、１２と一体にされたものであるから、フランジ部３の肉厚は鋼管部２、１２の肉厚と同じ厚みになる。これにより、フランジ部の肉厚が鋼管の肉厚の２倍になる従来品に比べて、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１は軽量化が可能になる。

【0065】

また、フランジ部３は、曲げ部２ｂを介して鋼管部２、１２と一体になっているものであるから、隅肉溶接によって鋼管部にフランジ部を取り付けた従来品に比べて、鋼管部２、１２に対するフランジ部３の接合強度を高くすることができる。

【0066】

更に、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１のレーザー溶接部４、１４は、鋼板の他端２ｃ、１２ｃが曲げ部２ｂに突き合わされて溶接された隅肉溶接部であるので、溶接時の入熱によって転位密度が低減され、曲げ部２ｂの塑性ひずみが低減されたものになる。この曲げ部２ｂの塑性ひずみは、成形後の鋼管部２、１２に対し曲げ加工を施すことでフランジ部３を形成させた従来品の塑性ひずみよりも小さくすることができる。

【0067】

以上のように、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１は、従来品に比べて、塑性ひずみが低減され、軽量化が達成され、フランジ部３の接合強度にも優れたものとなる。

【0068】

更に、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１によれば、鋼管部２、１２を構成する鋼板とフランジ部３とが一体にされ、かつ、フランジ部３の基端となる曲げ部２ｂに鋼板の他端２ｃ、１２ｃが突き合わされた構造を有するため、フランジ部３に対してその突出方向に向けて応力を印加させた際にレーザー溶接部４、１４付近に生じる相当塑性ひずみが、重ね溶接により鋼管部２を形成後に曲げ加工によりフランジ部３を形成した従来品の相当塑性ひずみに比べて、大幅に低減されたものとなる。

【0069】

また、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１は、溶接部がレーザー溶接部４、１４であるので、鋼管部２、１２の肉厚方向全部に溶接金属４ａを形成させることができ、レーザー溶接部４、１４の接合強度を高めることができる。これにより、フランジ付き鋼管１、１１を素材とするハイドロフォーム加工において高圧の流体を導入でき、ハイドロフォーム加工の加工性をより高めることができる。

【0070】

また、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１は、隅肉溶接部の第１溶接止端部Ａ及び第２溶接止端部Ｂの角度θ、ψがそれぞれ７０°以下であるので、フランジ部３及び鋼管部２の間での引張応力や、鋼管部２の周方向への引張応力が印加された場合であっても、応力の集中を低減することができる。

【0071】

また、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１のレーザー溶接部４、１４は、ビッカース硬さが、鋼板のビッカース硬さより１．２倍以上高い溶接金属４ａを有するので、レーザー溶接部４、１４の接合強度をより一層高めることができ、更には、ハイドロフォーム加工の加工性をより高めることができる。

【0072】

また、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１のレーザー溶接部４、１４は、鋼板におけるＭｎ量に対して９５%以上のＭｎを含有する溶接金属４ａを有するので、溶接金属４ａの強度の低下を抑制できる。

【0073】

また、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１の曲げ部２ｂは、レーザー溶接部４、１４の熱影響部４ｂに含まれるので、塑性ひずみが低減されたものとなる。この曲げ部２ｂの塑性歪みは、成形後の鋼管部２に対し曲げ加工を施すことで、フランジ部を形成させた従来品の塑性ひずみよりも小さくなっている。このように、本実施形態のフランジ付き鋼管１、１１は、曲げ部２ｂの塑性ひずみを、従来品よりもより小さくすることができる。

【0074】

次に、本実施形態のフランジ付き鋼管の製造方法は、フランジ部３を有するフランジ付き鋼板２２を管状に成形する成形工程と、フランジ部３の形成に伴って設けられた曲げ部２ｂにフランジ付き鋼板２２の他端２ｃを突き合わせて溶接する溶接工程を備えるので、従来方法のように溶接工程後にフランジ部を取り付ける必要がなく工程の簡素化が図られる。また、曲げ部２ｂに隅肉溶接部を形成するので、曲げ部２ｂに残存していたフランジ部形成時の塑性ひずみを低減させることができる。

【0075】

また、本実施形態のフランジ付き鋼管の製造方法によれば、溶接がレーザー溶接方法であるので、鋼管部２、１２の肉厚方向全部に溶接金属４ａを形成させることができ、レーザー溶接部４、１４の接合強度を高めることができる。これにより、フランジ付き鋼管１、１１を素材とするハイドロフォーム加工において高圧の流体を導入でき、ハイドロフォーム加工の加工性をより高めることができる。

【実施例】

【0076】

本発明のフランジ付き鋼管において、フランジ部に対してその突出方向に向けて応力を印加させた際の溶接部付近に生じる相当塑性ひずみが、従来品に比べて大幅に低下することを実施例により説明する。

【0077】

実施例として、図１Ａ～図１Ｃ及び図３に示すフランジ付き鋼管を製造した。素材として用いた鋼板は、引張強度が９８０ＭＰａの高強度鋼板とした。この高強度鋼板はＤＰ鋼であった。鋼板の板厚は１ｍｍとした。鋼管部の外径は８０ｍｍとした。鋼管部の外周面からのフランジ部の突出高さは、２０ｍｍであった。

【0078】

レーザー溶接は６ｋＷ級のディスクレーザーを使用し、溶接溶加材は市販の１００ｋ級の直径０．９ｍｍのマイクロワイヤを使用し、ビーム径が集光スポットで０．８ｍｍとし、レーザーの入射角はフランジ部に対して４５°とし、管軸方向に対して９０°とした。

【0079】

なお、マイクロワイヤを溶接溶加材として使用したため、溶接金属に含有されるＭｎ量は。カントバック分析によって測定したところ、母材鋼板とほぼ同じであり、母材鋼板のＭｎ量に対して１００％であった。

【0080】

また、実施例のフランジ付き鋼管において、溶接金属のビッカース硬さと、鋼管部のビッカース硬さをそれぞれ測定したところ、溶接金属のビッカース硬さは、鋼管部のビッカース硬さよりも１．２倍以上高かった。

【0081】

次に、比較例のフランジ付き鋼管を製造した。比較例のフランジ付き鋼管は、図６に示すように、管状に成形した鋼板５２の重ね合わせ部５２ａに、レーザー溶接法により溶接部６４を形成して鋼管部６２とし、重ね合わせ部５２ａの未溶接箇所を曲げ加工により立ち上がらせてフランジ部６３としたものである。比較例のフランジ付き鋼管の素材となる鋼板５２は、実施例と同じものを用いた。図７には、比較例のフランジ付き鋼管の溶接部６４の断面模式図を示す。図７に示す比較例のフランジ付き鋼管は、素材となる鋼板の重ね合わせ部５２ａに、重ね溶接によって形成された溶接部６４が形成された。そして、鋼板の端部が曲げ加工により曲げられてフランジ部６３とされた。

【0082】

実施例及び比較例のフランジ付き鋼管の鋼管部を拘束した状態で、それぞれのフランジ部をその突出方向に１ｍｍ変位させる引張応力を印加させたときの、溶接部付近における相当応力及び相当塑性ひずみを測定した。図８に、実施例のフランジ付き鋼管の相当応力及び相当塑性歪みをコンター図で示す。また、図９に、比較例のフランジ付き鋼管の相当応力及び相当塑性歪みのコンター図を示す。図８（ａ）及び図９（ａ）はそれぞれ、フランジ付き鋼管のフランジ部及び溶接部付近の模式図であり、図８（ｂ）及び図９（ｂ）はそれぞれ、フランジ付き鋼管のフランジ部及び溶接部付近の相当応力の分布を示すコンター図であり、図８（ｃ）及び図９（ｃ）はそれぞれ、フランジ付き鋼管のフランジ部及び溶接部付近の相当塑性ひずみの分布を示すコンター図である。

【0083】

図８に示すように、実施例のフランジ付き鋼管は、第１溶接止端部Ａに相当応力及び相当塑性ひずみが集中しているのに対して、比較例では、重ね合わせ部の下側の鋼管部６５に相当応力及び相当塑性ひずみが集中していることが分かる。また、表１に示すように、実施例及び比較例における相当応力の最大値及び相当塑性ひずみの最大値を比較すると、比較例よりも実施例のほうが低下していることが分かる。従って実施例のフランジ付き鋼管は、フランジ部に引っ張り応力が印加された場合であっても、相当応力及び相当塑性ひずみが特定の部位に集中することが避けられ、フランジ部への引張応力に対して有利な構造であることが分かる。

【0084】

次に、図１Ａ～図１Ｃ及び図３に示すフランジ付き鋼管について、第１溶接止端部Ａの角度を１０°～８０°に変化させたものを用意した。角度を変化させた以外は上記実施例のフランジ付き鋼管と同様の構成とした。そして、鋼管部の周方向に引張応力を印加した場合の、第１溶接止端部における最大相当応力を測定した。結果を図１０に示す。なお、第１溶接止端部Ａにおける角度θと第２溶接止端部Ｂにおける角度ψの合計は、ほぼ９０°になる関係にある。

【0085】

図１０に示すように、第１溶接止端部Ａの角度θを１０°にすると、第１溶接止端部Ａの最大相当応力が低下するが、その一方で、第２溶接止端部Ｂの角度ψが大きくなるため、フランジ部をその突出方向に向けて引張応力を印加した際に、第２溶接止端部Ｂに大きな相当応力が集中する可能性がある。また、第１溶接止端部Ａの角度θを８０°にすると、第１溶接止端部Ａの最大相当応力が増大する。以上のことから、第１溶接止端部Ａ及び第２溶接止端部Ｂの角度はそれぞれ１０°～８０°の範囲にするのが好ましいことがわかる。

【符号の説明】

【0086】

１、１１…フランジ付き鋼管（フランジ付き板巻きレーザー溶接鋼管）、２、１２…鋼管部、２Ａ…外周面、２ａ、１２ａ…一端、２ｂ、１２ｂ…曲げ部、２ｃ、１２ｃ…他端、３、１３Ａ～１３Ｄ…フランジ部、４、１４…レーザー溶接部、４ａ…溶接金属、２２…フランジ付き鋼板。

【図1A】

【図1B】

【図1C】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】